Содержание к диссертации
Введение
1. Направления совершенствования процесса обработки зубьев прямозубых конических колес 4
1.1 Механическая обработка прямозубых конических колес в современном машиностроении 8
1.2 Применение инструмента с дифференцированной схемой резания, работающего по методу обката 16
1.2.1 Классификация схем резания 16
1.2.2 Общие сведения об инструментах с дифференцированными схемами резания 22
1.2.3 Дифференцированные схемы резания 26
1.3 Управление процессами механической обработки 29
1.4 Состояние вопроса динамики обработки прямозубых конических колес 39
1.5 Исследование износа зуборезных инструментов 42
1.6 Влияние силы резания на точность обрабатываемых колес 45
1.7 Выводы по первой главе 49
2 Теоретическое исследование процесса обработки прямозубых конических колес 51
2.1 Математическое отображение схемы резания 51
2.2. Определение кинематических параметров зубострогания с помощью математического отображения схемы резания 55
2.3. Определение динамических характеристик процесса зубострогания 60
2.4 Влияние угла наклона непрофилирующего лезвия зубострогального резца на силу резания 65
2.5 Определение погрешностей изготовления прямозубых конических колес, вызванных деформацией технологической системы 70
2.6 Определение расчетных неровностей, возникающих в процессе зубострогания конических зубчатых колес 75
2.7 Зубострогальные резцы с дифференцированными схемами резания 84
2.8 Методика прогнозирования качества обработки прямозубых конических колес 91
2.9 Выводы по второй главе 95
3. Методика проведения экспериментальных исследований 97
3.1 Экспериментальное определение конструктивной подачи зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания 98
3.2 Методика исследования сил резания 104
3.3 Методика исследования точности прямозубых конических колес 105
3.4 Методика исследования износа инструмента 109
3.5 Методика экспериментального исследования шероховатости прямозубых конических колес 109
4 Экспериментальные исследования нарезания прямозубых конических колес зубострогальными резцами 111
4.1 Исследование динамических процессов, возникающих в процессе обработки прямозубых конических колес 111
4.1.1 Влияние модуля нарезаемого колеса на составляющие силы резания 112
4.1.2 Влияние скорости резания на составляющие силы резания 113
4.1.3 Влияние круговой подачи на составляющие силы резания 114
4.2 Производственные испытания зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания 115
4.3 Исследование износа зубострогальных резцов 118
4.4 Экспериментальное исследование шероховатости зубьев прямозубого конического колеса 121
4.5 Экспериментальное исследование точности прямозубых конических колес 123
5 Реализация результатов исследований и расчет экономической эффективности 129
5.1 Реализация результатов исследований 129
5.2 Расчет экономической эффективности. 130
Общие выводы и полученные результаты 132
Условные обозначения 134
Список литературы 136
Приложения 146
- Применение инструмента с дифференцированной схемой резания, работающего по методу обката
- Определение кинематических параметров зубострогания с помощью математического отображения схемы резания
- Экспериментальное определение конструктивной подачи зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания
- Влияние модуля нарезаемого колеса на составляющие силы резания
Введение к работе
Актуальность работы.Прямозубые конические колеса находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Помимо использования в дифференциалах автомобилей их широко применяют в электроинструменте, сельскохозяйственной технике и различном оборудовании. Это связано с тем, что в прямозубых конических передачах снижены осевые нагрузки по сравнению со спиральными коническими передачами, так же осевая сила постоянна по направлению, что позволяет упростить конструкцию подшипниковых узлов.
Известен ряд способов получения прямозубых конических колес.Однако механическая обработка остается основной при создании точных зубчатых колес и используется при производстве небольших партий разных размеров. Особо важную роль этот факт приобретает в связи с тем, что в настоящее время до 75% предприятий отечественного машиностроения выпускают продукцию, которая по своему характеру является серийной и мелкосерийной.Наибольшее распространение получили процессы зубофрезерования и зубострогания по методу обката. Их отличает широкий диапазон нарезаемых модулей колес и относительно высокое (до шестой степени точности) качество получаемого зубчатого профиля.
Возрастание требований к функциональным показателям зубчатых колес привело к применению новых схем обработки, конструкций инструмента, новых инструментальных и обрабатываемых материалов. Однако внесение изменений в отработанные технологические процессы ведет к большим затратам, связанным с разработкой режимов резания и определением влияния вносимых изменений на показатели качества изделия. Определением взаимосвязей параметров технологической системы и качества получаемых изделий занимались многие российские ученые В. Ф. Безъязычный, А. С. Васильев, А. М. Дальский, В. М. Кован, Э. В. Рыжов, А. П. Соколовский, Ю. С. Степанов, А.Г. Суслов, В. Б. Протасьев, А.С. Тарапанов, О.В. Таратынов, Г.А. Харламов и др.
В этой связи представляется актуальной задача определения степени влияния различных параметров технологической системы и режимов резания на производительность процесса обработки, качество изделия, стойкость инструмента и разработки алгоритма управления процессом. Это позволит значительно сократить расходы на подготовку производства и определить оптимальные параметры технологической системы, что является базой для бережливого производства.
Цель работы. Повышение качества (точности, шероховатости) и производительности зубострогания прямозубых конических колес методом обката за счет совершенствования конструкции инструмента и управления технологическими параметрами процесса обработки.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи:
-
разработать математическую модель процесса зубострогания прямозубых конических колес, позволяющую определить положение точек режущего лезвия инструмента в пространстве, осевые составляющие силы резания, точность и шероховатость обрабатываемого профиля;
-
разработать алгоритм управления процессом зубострогания прямозубых конических колес, сущность которого заключается в
- прогнозировании качественных параметров (точности, шероховатости) процесса обработки в зависимости от заданных параметров технологической системы (геометрии детали, оборудования, инструмента) и режимов резания;
- определении режимов обработки и конструкции инструмента в зависимости от требуемых параметров точности и шероховатости.
-
определить рациональные величины распределения срезаемых слоев между режущими лезвиями инструмента;
-
провести экспериментальные исследования влияния режимов обработки и конструкции инструмента на осевые составляющие силы резания, стойкость инструмента, точность и шероховатость;
-
разработать практические рекомендации, направленные на повышение эффективности зубострогания конических зубчатых колес по методу обката резцами с дифференцированными схемами резания.
Объект исследования: процесс зубострогания прямозубых конических колес методом обката.
Предмет исследования:производительность и качество (точность, шерохова-тость)зубострогания прямозубых конических колес, а так же конструкция зубострогаль-ных резцов.
Методика исследований.Теоретические исследования базируются на положениях теории резания металлов, проектирования режущего инструмента, научных основ технологии машиностроения, дифференциальной геометрии, векторного анализа, инженерии поверхности.
Экспериментальные исследования проводились на действующем оборудовании Госуниверситета - УНПК, Орловского ЦКП и в реальных производственных условиях ОАО «Орелстроймаш» (г. Орел). В основе экспериментальных исследований использованы методы многофакторного планирования экспериментов и математической статистики.
Исследования проводились с помощью лицензионных программных продуктов (Mi-crosoftOffice 2007, Lab VIEW 2010, КОМПАС-3DV13).
Научная новизна работы. Разработана математическая модель процесса зубострогания прямозубых конических колес методом обката, позволяющая на основе комплексного анализа технологических (режима обработки, материала заготовки и жесткости оборудования) и конструкторско-технологических (схемы разделения стружки) параметров, управлять точностью и шероховатостью рабочего профиля детали.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
методика комплексного анализа параметров процесса зубострогания прямозубых конических колес методом обката, сочетающая в себе возможность прогнозирования качества изделия и определения оптимальных режимов обработки;
результаты теоретических и экспериментальных исследований зубострогания резцами с дифференцированными схемами резания прямозубых конических колес методом обката;
технологические рекомендации по реализации процесса зубострогания прямозубых конических колес резцами с дифференцированными схемами резания.
Практическая значимость работы заключается в обосновании вариантов конструкции зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания и технологических рекомендаций к ним, обеспечивающих повышение производительности процесса-до 1,8 раза.
Реализация результатов работы: разработанные рекомендации по конструкции инструмента с дифференцированной схемой резания и методика управления процессом
обработки прямозубых конических колес апробированы и приняты к внедрению на ОАО «Орелстроймаш» (экономический эффект более 200 тыс. рублей в год).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались
на международных, всероссийских и региональных конференциях: «Фундаментальные и
прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», г.
Липецк, 2012; XV Международной научно – технической конферен-
ции«Фундаментальные проблемы техники и технологии» «Технология 2012», г. Орел, 2012; «Высокие технологии в машиностроении», г. Курган, 2012; VI Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства», г. Орел, 2013; ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Госуниверситета-УНПК (г. Орел 2011-2014 гг.).
Диссертация выполнялась при поддержке гранта ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» «Создание программно-аппаратного комплекса,повышающего эффективность обработки конических зубчатых колес» (2013-2014 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций материалов диссертационных исследований.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 154 страницах, содержит 57 рисунков и 5 таблиц. Состоит из введения, пяти глав, списка литературы, включающего 97 наименований и приложений.
Применение инструмента с дифференцированной схемой резания, работающего по методу обката
Кинематика процесса резания хорошо изучена. Вопросы формообразования и кинематики резания рассмотрены В.Ф. Бобровым, С.С. Петрухиным,
Г.Н. Сахаровым, И.И. Семенченко, Ю.В. Цвисом, С.С. Четвериковым и др. [1, 44, 36, 37, 38, 39, 49, 61, 89, 90, 93, 94, 95].
Родин П.Р. [61] провел классификацию не схем резания, а кинематических схем формообразования поверхностей. Его схемы отличает то, что они представляют собой не абсолютные движения резания, а движения относительно неподвижного инструмента с указанием характера аксоидов.
Данная классификация позволяет выявить возможные инструментальные поверхности для обработки заданного изделия. Родиным П. Р. рассмотрены схемы формообразования, основанные на сочетании двух движений: прямолинейно-поступательного и вращательного.
Рассмотрим классификацию схем резания, свойственную для большей части случаев обработки резанием. Разобьем условно все инструменты на две группы:
1. Инструменты, работающие без приведенной конструктивной подачи;
2. Инструменты, работающие с приведенной конструктивной подачей. Возможные схемы резания для первой группы инструментов: профильная, генераторная, огибающая.
Профильная схема предполагает форму профиля режущих лезвий подобную форме профиля обработанных поверхностей. Окончательное профилирование производится последним резом. Металл при профильной схеме резания отделяется тонкими и широкими слоями. Наиболее характерные примеры обработки поверхностей по профильной схеме резания представлены на рисунке 1.8.
Отличительной особенностью генераторной схемы является то, что окончательная поверхность обрабатываемой детали получается как сумма элементарных поверхностей, образуемых каждым движением резания. Режущие лезвия имеют, как правило, простую форму. По этой схеме работают сверла, зенкеры, развертки, токарные резцы, канавочные и торцовые фрезы и др. Наиболее характерные примеры обработки поверхностей по генераторной схеме резания представлены на рисунке 1.9.
При обработке по огибающей схеме резания окончательная поверхность обработанной детали получается как сумма элементарных поверхностей, образованный за каждый ход резания различными участками режущего лезвия. К инструментам, первой группы, работающим по огибающей схеме резания, относятся: резец-летучка, фасонные фрезы для образования готовых канавок, фрезы определенной установки, зуборезные долбяки и гребенки и др.
Примеры обработки поверхностей по огибающей схеме резания представлены на рисунке 1.10.
Вторая группа инструментов включает в себя все вышеперечисленные схемы резания. Так протяжки могут работать по профильной, генераторной и огибающей схемам, метчики – по профильной, генераторной и т.д. Особенность инструментов этой группы состоит в том, что наличие приведенной конструктивной подачи делает схемы резания дифференцированными и может вносить в них дополнительные различия. Такая подача, как уже указывалось выше, осуществляется закономерным расположением режущих кромок на поверхности режущей части инструмента и позволяет отделять слои металла каждым режущим лезвием без участия движения абсолютной подачи, создаваемой кинематикой станка. Например, каждый зуб цилиндрической фрезы будет участвовать в процессе резания только в том случае, когда кроме вращательного движения фрезы - движения резания - будет иметь место поступательное движение фрезы или заготовки, являющееся движением подачи.
Каждый зуб протяжки участвует в процессе резания при наличии поступательного движения, являющегося в этом случае движением резания. Движение абсолютной подачи заменяется здесь приведенной конструктивной подачей, величина которой определяется подъемом на зуб или группу зубьев. Инструменты, отделяющие за один ход резания без участия движения абсолютной подачи более одного слоя металла, являются и инструментами с дифференцированной схемой резания.
Таким образом, для инструментов второй группы возможны схемы резания: профильная дифференцированная, генераторная дифференцированная, огибающая дифференцированная. Дифференцирование каждой из схем резания может производиться различным образом. Рассмотрим в качестве примера обработку шпоночного паза строгальным резцом производящуюся по генераторной схеме резания. Замена строгального резца шпоночной протяжкой трансформирует генераторную схему в генераторную дифференцированную. Режущие лезвия каждого зуба протяжки расположены параллельно соответствующим лезвиям других зубьев, следовательно, способ дифференцирования - параллельный. При достаточной ширине шпоночного паза может быть использован групповой способ дифференцирования, при котором генераторная схема сохраняется при движении от одной группы зубьев к другой, а внутри группы разделение срезаемого слоя производится по групповому методу. Обработка зубчатого венца червячной фрезой производится по огибающей схеме резания. Значительное распространение имеют конструкции червячных фрез, у которых четные зубья по витку фрезы имеют отличие от нечетных, т.е. каждая пара зубьев приобретает приведенную конструктивную подачу. При этом огибающая схема резания трансформируется в огибающую дифференцированную. Дифференцирование внутри каждой пары зубьев может быть различным. В одном случае каждый четный зуб может работать только боковыми сторонами, отделяя удвоенные по толщине слои металла, а нечетные зубья - только вершинами. Или четные зубья будут отделять металл только входной боковой стороной, а нечетные - выходной и вершинной. В этих случаях профилирование впадины между зубьями заготовки распределяется между каждой парой зубьев, и способ дифференцирования является односторонним. В другом случае каждый нечетный зуб может иметь равномерное занижение размеров, сохраняя параллельность режущих лезвий соответствующим лезвиям четных зубьев. В этом случае будем иметь параллельное дифференцирование. Разделение срезаемого слоя может производиться нечетными зубьями с формой боковых сторон подобной форме сечения срезаемого слоя - подобное дифференцирование. Все перечисленные способы дифференцирования могут быть использованы при работе комплектных долбяков, зубострогальных гребенок, зубострогальных резцов и т.п. Каждый из способов обладает определенными преимуществами и недостатками.
Итак, основными схемами резания являются: профильная схема, генераторная и огибающая. По мере совершенствования конструкции инструмента, связанного с приданием ему приведенной конструктивной подачи, увеличивающей производительность процессов резания, основные схемы трансформируются в дифференцированные, сохраняя характерные признаки. Внутри каждой из основных схем дифференцирование может производиться различными способами: параллельным, групповым, подобным и односторонним.
Определение кинематических параметров зубострогания с помощью математического отображения схемы резания
Основываясь на представленной методике, рассчитаем осевые составляющие силы резания в торцевом сечении, возникающие в процессе обработки венца конического зубчатого колеса: Z=40, т=4 мм, = 45 двумя способами. Первый вариант обработки заключается в строгании зуба в цельной заготовке универсальным резцом. По второму варианту работа ведется чистовым зубострогальным резцом в заготовке с заранее прорезанными впадинами. Впадины прорезаны зубострогальным черновым резцом методом простого врезания. Режим резания в обоих случаях примем одинаковым: : V=14 м/мин; Т=25 с/зуб, рисунок 2.7.
На рисунке 2.7 основной линией показано изменение осевых составляющих силы резания при строгании универсальным резцом цельной заготовки и пунктирной линией – изменения составляющих силы резания при строгании заготовки с уже прорезанными впадинами. Из графика видно, что при строгании цельной заготовки максимальная амплитуда осевой составляющей силы резания увеличивается более чем на 50%. Кроме того, основная нагрузка приходится на переднюю кромку резца, в результате чего она быстро изнашивается. Полученные результаты говорят о том, что строгание колес среднего модуля в один проход без предварительной обработки нежелательно. Так же следует отметить тот факт, что на этапе профилирования сила резания при обработке в один проход и при обработке уже прорезанных впадин одинакова. Соответственно качество получаемого профиля не будет меняться. Это происходит в результате того, что черной резец с прямолинейными режущими кромками оставляет неравномерный припуск на чистовую обработку.
Качество получаемой поверхности можно увеличить за счет изменения режима резания (увеличение времени обработки одного зуба) или при предварительном строгании впадин фасонными резцами, что позволяет обеспечить равномерный припуск. Первые способ связан с увеличением технологического времени обработки поверхности. Второй требует изготовление специального режущего инструмента со сложным фасонным профилем.
Рассчитаем осевые составляющие силы резания в торцевом сечении, возникающие в процессе обработки венца конического зубчатого колеса при зубострогании в два прохода. Сущность метода заключается в обработке заготовки универсальными резцами, подвигая инструментальную бабку или стол вперед после каждого прохода. Исходными данными для расчета являются следующие характеристики: Z=40, т=4 мм, р = 45, припуск под чистовой проход 1 мм. Режим резания примем: V=14 м/мин; Т=25 с/зуб, рисунок 2.8.
Наибольшее влияние на процесс обработки оказывает максимальная составляющая силы, возникающей в процессе резания, поэтому для увеличения наглядности на рисунке 2.8 представлено только изменение составляющей Pz.
Из рисунка 2.8 видно, что при обработке в несколько проходов существенно снижается максимальная амплитуда силы резания и уменьшается сила резания, возникающая на участке профилирования, что приводит к повышению качества получаемого изделия. Однако при использовании данного вида обработки существенно возрастает основное время. Рисунок 2.8 – Изменения осевой составляющей силы резания при строгании в два прохода
Таким образом, можно сделать вывод, что при разработке технологического маршрута обработки прямозубого конического колеса на зубострогальном станке приходится решать задачу нахождения компромисса между производительностью процесса и качеством получаемого изделия.
Из вышесказанного следует нежелательность применения способа строгания зубчатых колес среднего модуля на цельных заготовках универсальными резцами. Кроме того следует отметить тот факт, что точность профиля нарезаемого зубчатого колеса не зависит от того, была ли проведена предварительная обработка впадин или нет (за исключением случая когда черновое нарезание ведется фасонным инструментом).
При рассмотрении процесса зубострогания в несколько проходов было установлено, что, несмотря на то, что применение этого способа ведет к значительному увеличению времени обработки, в результате его использования значительно снижаются нагрузки на технологическую систему и повышается качество получаемой поверхности. Данный метод находит ещё более широкое применение при обработке мелкомодульных колес, когда черновое нарезание методом простого врезания невозможно, так как трудно с достаточной точностью ввести чистовые резцы в уже прорезанные впадины.
Экспериментальное определение конструктивной подачи зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания
Процесс обработки резцами с дифференцированными схемами резания характеризуется большим числом факторов, влияющих с разной силой и в разных направлениях друг на друга, на ход и конечный результат процесса.
Наиболее полно выявить преимущества и особенности процесса зубообработки позволяют исследования усилий резания, возникающих при обработке, износа инструмента и качества нарезаемых деталей. Взаимосвязь этих показателей очевидна. У резцов, работающих по параллельной схеме резания, происходит равномерное распределение усилий резания по ступеням, что приводит к оптимизации общего усилия от их совместной работы, делая его минимальным при определенных режимах обработки.
Равномерное распределение усилий по ступеням инструмента предопределяет равные условия работы каждой ступени, вследствие чего режущие лезвия обеих ступеней в равной степени изнашиваются. Для резцов с дифференцированными схемами резания это особенно важно, так как в целях сохранения расчетного распределения срезаемого металла между режущими лезвиями ступеней инструмента, обе ступени перетачиваются на одну и ту же величину, независимо от индивидуального износа.
Обработка зубчатых колес с минимальными усилиями резания при прочих равных условиях, повышает их точность ввиду уменьшения упругих деформаций в технологической системы. При этом улучшается качество обрабатываемой поверхности.
Таким образом, основной задачей, связанной с экспериментальным исследованием зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания является оптимизация усилий резания для различных режимов обработки посредством выбора определенного соотношения геометрических параметров слоев металла, срезаемых ступенями резца. Исследование усилий резания, особенностей износа и качества обрабатываемых изделий для зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания представляет интерес с точки зрения эффективности применения той или иной схемы резания для конкретных условий производства. Цель данного динамометрического исследования заключается в определении величины приведенной конструктивной подачи, при которой происходит равномерное распределение сил резания по ступеням резца.
Как показали аналитические расчеты осевых составляющих силы резания при зубострогании, осевая её составляющая, имеющая наибольшую величину, стремится отжать заготовку и инструмент в сторону увеличения межосевого расстояния и создает опрокидывающий момент. Радиальная составляющая усугубляет действие осевой силы. Тангенциальная составляющая является знакопеременной и действует попеременно в сторону движения обката и против обката, вызывая поочередно торможение и ускорение обкатанного движения, влияющего на точность нарезаемого венца.
Расчеты показывают, что применение инструмента с дифференцированными схемами резания может способствовать уменьшению составляющих силы резания и снижению амплитуды изменения этих составляющих. Снижение сил резания происходит в результате разделения срезаемого за каждый рабочий ход слоя металла между ступенями инструмента в оптимальном отношении. В результате уменьшения величины всех составляющих силы резания и выравнивания амплитуды их колебания, деформации в технологической системе, заметно снижаются, что сказывается на повышении точности нарезаемых изделий.
Наибольшее уменьшение всех составляющих силы резания осуществится лишь при значении приведенной конструктивной подачи, являющейся оптимальной при данных условиях обработки (режимы резания, геометрия обрабатываемого колеса и др.). Таким образом, основным вопросом, связанным с проектированием резцов с дифференцированными схемами резания, является выбор оптимальной приведенной конструктивной подачи Sкпр., определяющей толщину слоев, срезаемых режущими лезвиями последней ступени, обеспечивающей наиболее полное снижение составляющих силы резания при работе инструмента.
Доминирующим фактором, влияющим на изменение составляющей силы резания, является круговая подача Sкp . Каждому значению круговой подачи соответствует определенное значение приведенной конструктивной подачи инструмента.
Ввиду сложности применения универсального динамометра УДМ600 непосредственно при обработке прямозубых конических колес и возможных в связи с этим погрешностей, исследование оптимальной конструктивной подачи проводилось при помощи специального приспособления.
Моделирование процесса происходило на поперечно-строгальном станке ГД-320, что позволило сохранить специфические для процесса зубострогания элементы, такие как прерывистость резания и начальное ударное воздействие инструмента на заготовку. Моделировалась обработка прямозубого конического колеса из стали 45 ГОСТ 1050-88, с числом зубьев z1= 30, шириной b= 20 мм, внешний окружной модуль ms=3мм при скорости резания Vрез= 20м/мин. Шероховатость задней и передней поверхностей зубострогальных резцов соответствовала Ra=0,16 мкм.
Взаимное расположение режущих лезвий инструмента в процессе резания воспроизводится с помощью резцов из стали Р6М5, НRСэ 62 – 64, закрепленных в головке (рисунок 3.1). Резцы были изготовлены из одного предварительно термообработанного прутка с последующей проверкой твердости режущей части.
Приспособление состоит из резцов 2 закрепленных в корпусе 1 и проставок 3 между резцами. Точность установки режущих лезвий относительно оси головки достигается перемещением резцов с помощью винта 5 в нужном направлении. Закрепление резцов в корпусе обеспечивается винтом 4. Моделирование процесса зуборстрогания производится тремя резцами.
Влияние модуля нарезаемого колеса на составляющие силы резания
Анализирую данные о зависимости осевых составляющих силы резания от модуля нарезаемых колес (рисунок 4.2), наблюдается значительное повышение сил с увеличением модуля. Такое повышение силы объясняется увеличением толщины срезаемого слоя металла (с ростом модуля растет ширина и толщина срезаемого слоя).
Были получены следующие зависимости осевых составляющих силы резания от модуля нарезаемого колеса при обработке прямозубых конических колес из стали 45:
Исследование влияния скорости резания на составляющие силы резания проводилось при зубострогании зубчатых колес из стали 45 (170 – 200 НВ), z1 = 16, m = 6 мм. Скорость резания изменялась в пределах V = 10 – 20 м/мин; осевая подача Т= 28 с/зуб.
Опыты показали, что скорость резания практически не влияет на составляющие силы резания (рисунок 4.3). Данный вывод может быть приемлем только для этого диапазона скоростей и не может быть принят для процессов зубообработки с высокими скоростями резания.
Исследуя зависимость составляющих силы резания от времени обработки одного зуба (рисунок 4.4), можно отметить значительное повышение сил с уменьшением времени обработки. Такое повышение силы объясняется увеличением сечения среза. С уменьшением времени обработки растет ширина и толщина срезаемого слоя. По данным серии опытов и на основании результатов математической обработки были определены зависимости Рх, Ру, Pz от Т (рисунок 4.4): Одновременными критериями оценки всякого металлорежущего инструмента являются стойкость, качество получаемые изделий и технологичность конструкции. Технологичность и стоимость инструмента определяется его конструкцией. Стойкость инструмента и качество изделий требует экспериментальной проверки. Под качеством обрабатываемых изделий в данном случае понимается точность зубчатого венца и шероховатость профиля. В соответствии с поставленной целью экспериментального исследования были изготовлены резцы с дифференцированными схемами резания (рисунок 4.5). Величины конструктивной подачи, которых, были рассчитаны во второй главе и экспериментально подтверждены методикой изложенной в подглаве 3.1. Обработка зубчатых конических колес (m= 6 мм, z =16, ширина венца b = 30 мм, материал – сталь 45) производилась следующими инструментами: зубострогальными резцами открытого типа с параллельным и односторонним дифференцированием срезаемого слоя и резцами закрытого типа с параллельным дифференцированием срезаемого слоя при следующих режимах обработки: Т = 0,3 мин/зуб; 0,48 мин/зуб; 0,784 мин/зуб, V=20м/мин. На каждом из указанных режимов резания было нарезано по три изделия, причем приведенная конструктивная подача при этом соответствовала оптимальной. Исходя из условия наибольшей производительности обработки при сохранении точностных параметров изделий, была выбрана следующая подача: при обработке конических зубчатых колес резцами открытого типа с параллельным и распределенным дифференцированием срезаемого слоя и закрытого типа, с параллельным дифференцированием срезаемого слоя Т= 0,48 мин/зуб.
Таким образом сравнительные данные по режимам резания для базового и внедряемого варианта представлены в таблице 4.1.
Анализ результатов испытаний показывает, что производительность процесса обработки прямозубого конического венца возрастает в 1,8 раза. Это происходит за счет увеличения окружной подачи и сокращения числа проходов необходимых для обработки профиля.
Анализ экспериментальных данных показывает, что износ резца по периметру режущего лезвия неодинаковый. Наибольший износ имеет задняя поверхность участка выходной режущей кромки чистовой ступени. Именно этот элемент был взят за основу для определения износостойкости инструмента в целом.
Исследование износа зубострогальных резцов производилось на станке модели 5С286П.
Программой экспериментальных работ предусматривалось исследование износа инструмента без снятия инструмента со станка:
- зубчатых колес из стали 45 ГОСТ 1050 - 88, z1 =16, внешний окружной модуль зуба m=6мм; ширина зубчатого венца - 30 мм.
- зубострогальными резцами ГОСТ 5392-80 тип 4; зубострогальными резцами с параллельной схемой резания; зубострогальными резцами с распределенной схемой резания;
- при скоростях резания V = 15-20 м/мин;
- при времени обработки одного зуба Т = 18-47 с/зуб.
Проверка твердости образцов осуществлялась на приборе (твердомере) ТШ - 2М. Твердость образцов находилась в пределах 170 4- 215 НВ.
Нарезание зубьев деталей производилось с применением в качестве ТСОС -машинного масла 3 - 5 л/мин.
При проведении экспериментального исследования через определенные промежутки времени измеряли максимальный износ задних поверхностей резцов с помощью бинокулярной лупы с ценой деления 0,038 мм.
Шероховатость передней поверхностей режущих кромок соответствовала Rа=0,16, задней Rа=0,32.
В процессе проведения эксперимента устанавливалось влияние конструкции и времени обработки одного зуба на стойкость инструмента.
Как и ожидалось, лимитирующий износ происходил по задней поверхности выходной кромки. По результатам измерений строились кривые износа (рисунок 4.7). Критерием прекращения эксперимента являлось достижение критического износа задней поверхности резца.
